1. Дезоксирибонуклеиновая кислота
(ДНК). Репликация ДНК

2. План:
1. Строение и функции ДНК
2. Репликация ДНК
3. Репарация («ремонт»)

3. • К
нуклеиновым
кислотам
относят
высокополимерные соединения, распадающиеся при
гидролизе на пуриновые и пиримидиновые основания,
пентозу и фосфорную кислоту.
• Нуклеиновые кислоты содержат углерод, водород,
фосфор, кислород и азот.
• Различают два класса нуклеиновых кислот:
рибонуклеиновые
кислоты
(РНК)
и
дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

4. История открытия ДНК
Модель пространственного строения молекулы
ДНК в виде двойной спирали была предложена
в 1953 г. американским биологом Джеймсом
Дьюи Уотсоном и британским молекулярным
биологом Френсисом Криком, используя
Правила
Чаргаффа
и
рентгенограммы
Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса.
Результаты работы опубликовали 30 мая 1953
года в журнале Nature. В 1962 году стали
лауреатами Нобелевской премии по физиологии
и медицине «За открытия, касающиеся
молекулярной структуры нуклеиновых кислот и
их значения для передачи информации в живых
системах».
Открытие строения ДНК положило начало
работам по молекулярной генетике, генной
инженерии и биотехнологии.

5. Строение ДНК
Молекула ДНК образована
двумя полипептидными
цепями, спирально закрученными друг около друга вокруг
воображаемой оси – двойная правозакрученная спираль
(исключение – некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют
одноцепочечную ДНК).
Диаметр двойной спирали – 1,8-2,0 нм, расстояние между
соседними нуклеотидами – 0,34 нм, На каждый виток спирали
приходится 10 пар оснований (9,7 и 10,6 в различных
кристаллах). Расстояние от оси спирали до атома фосфора
составляет 0,10 нм. Длина молекулы может достигать
нескольких сантиметров. Молекулярный вес – десятки и сотни
миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека –
около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует
комплексы
с
белками
и
имеет
специфическую
пространственную конформацию.

6. Уровни пространственной укладки ДНК
Нуклеосомный уровень
Нуклеомерный уровень
Хромомерный уровень
Хромонемный уровень
Хроматидный уровень
Хромосомный уровень

7. Мономер ДНК – нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) – состоит из остатков трех веществ:
1) азотистого основания,
2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы),
3) фосфорной кислоты.
Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов.
Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) – тимин,
цитозин.
Пуриновые основания (имеют два кольца) – аденин и гуанин.
Моносахарид нуклеотида ДНК представлен дезоксирибозой.
Название нуклеотида является производным от названия соответствующего основания.
Нуклеотиды и азотистые основания обозначаются заглавными буквами.

8. Название нуклеотида
Азотистое
основание
Название
нуклеотида
Обозначение
Аденин
Адениловый
А (A)
Гуанин
Гуаниловый
Г (G)
Тимин
Тимидиловый
Т (T)
Цитозин
Цитидиловый
Ц (C)

9. Принцип комплементарности
5'
3'
3'
5'

10. Правила Чаргаффа
(1949—1951 гг.)
Американский биохимик
Эрвин Чаргафф
(1905-2002 гг.)
1) Количество аденина равно количеству тимина,
а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
2) Количество пуринов равно
количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.
3) Количество оснований с аминогруппами в
положении 6 равно количеству оснований
с кетогруппами в положении 6: А+Ц=Г+Т.

11. Функция ДНК
Хранение и передача наследственной информации

12. Репликация (редупликация, синтез) ДНК
Репликация
ДНК
–
процесс
самоудвоения, главное свойство молекулы
ДНК. Репликация относится к категории
реакций матричного синтеза, идет с участием
ферментов. Под действием ферментов
молекула ДНК раскручивается, и около
каждой цепи, выступающей в роли матрицы,
по
принципам
комплементарности
и
антипараллельности достаивается новая цепь.
Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна
цепь является материнской, а вторая – вновь
синтезированной. Такой способ синтеза
называется полуконсервативным.

13. Ферменты, участвующие в репликации
1.
2.
3.
4.
5.
6.
хеликазы (разрывают водородные связи
между азотистыми основаниями);
дестабилизирующие белки (удерживают
репликативную вилку);
ДНК-топоизомеразы (расплетают ДНК);
ДНК-полимеразы (подбирают
дезоксирибонуклеозидтрифосфаты и
комплементарно присоединяют их к
матричной цепи ДНК);
РНК-праймазы (образуют РНК-затравки,
праймеры);
ДНК-лигазы (сшивают фрагменты ДНК –
фрагменты Оказаки)

14. У прокариот фрагменты Оказаки содержат
от 1000 до 2000 нуклеотидов, у эукариот –
100-200 нуклеотидов.
Эти
фрагменты
открыты
японским
молекулярным биологом Рейдзи Оказаки в
1968 году.
Окадзакі Рейдзі
(яп. 岡崎令治, Okazaki Reiji
(1930—1975)

15. Репликация протекает сходно у прокариот и эукариот. Скорость
синтеза ДНК у прокариот на порядок выше (1000 нуклеотидов в
секунду), чем у эукариот (100 нуклеотидов в секунду).
Репликация начинается одновременно в нескольких участках
молекулы ДНК. Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до
другой образует единицу репликации – репликон.

16. Репликация происходит перед делением клетки в S-фазу клеточного
цикла.
Благодаря этой способности ДНК осуществляется передача
наследственной информации от материнской клетки дочерним.

17. Репарация («ремонт»)
Репарация − процесс устранения повреждений
нуклеотидной последовательности ДНК.
Ферменты репарации:
1. ДНК-хеликаза − фермент, «узнающий»
химически изменѐнные участки в цепи и
осуществляющий разрыв цепи вблизи от
повреждения;
2. экзонуклеаза − фермент, удаляющий
повреждѐнный участок;
3. ДНК-полимераза − фермент, синтезирующий
соответствующий участок цепи ДНК взамен
удалѐнного;
4. ДНК-лигаза − фермент, замыкающий
последнюю связь в полимерной цепи и тем
самым восстанавливающий еѐ непрерывность.
Изменения структуры ДНК происходят в
клетке постоянно под действием реакционноспособных
метаболитов,
ультрафиолетового
излучения, радиации, тяжелых металлов и их солей
и др.
ДНК-лигаза,
осуществляющая
репарацию ДНК